Способ определения содержания альфа-целлюлозы в целлюлозе

 

Союз Советскик

Соцкапистическик

Республик

О П И С А Н И Е,с)1д у

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)3"явлено 23.11.78 (21)2704325/23-05 с присоединением заявки М(23) П рноритет

Опубликовано 07. 03.82. Бюллетень М9

Дата опубликования описания 07.03.82 (51)М. Кл.

G 01 М 31/06

Гесудврсткнкый кюмитет

СССР (53) УЙК54.06 (088. 8) до двлзм кзобретеник и открытки (72) Авторы изобретения т т-,.

Г.А.Сукач и Л.А.Солом о 0М ",.«, т«> 4

-- .,,4ÿ « т (71) заявители (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

АЛЬФА-ЦЕЛЛЮЛОЗЫ В ЦЕЛЛЮЛОЗЕ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть

1 использовано для контроля качества целлюлозы, используемой как для химической переработки на вискозное волокно, так и для производства высококачественных специальных и технических видов бумаг (например, конденсаторной бумаги).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому.;является способ определения содержания альфацеллюлозы,- согласно которому образец целлюлозы заливают раствором NaOH концентрации 17,54 при температуре

20 ": 0,2 С и выдерживают 1 ч на водяной бане. Затем производят доливку дистиллированной воды, отфильтровыва ют с отсосом. Остаток на фильтре про", мывают 9,5 4 раствором МаОН. Затем снова промывают дистиллированной водой отфильтровывают с отсосом и су«

0 шат в сушильном шкафу.(100 - 1.05 С) в течение 6-7 ч до постоянного веса.

Содержание альфа-целлюлозы рассчитывают в процентах к абсолютно сухой навеске 1.13.

Однако этот способ имеет ряд недостатков, являющихся источниками ошибок, таких как время и температура обработки, физическое состояние образца, фактор перемешивания, количество и концентрация щелочи. Последнее относится также и к операции разбавления и промывки остатка водой, поскольку при разбавлении концентрация щелочи изменяется от 17,5 до 0 4 (а растворение целлюлозы s щелочах разных концентраций различно и максимально в .10 Ф растворе МаОН), следовательно, эта операция также является источником ошибок.

Существенным недостатком процесса является также длительность процесса (7-8 ч) продолжительности и повышение точности определения.

91132

Цель изобретения - сокращение продолжительности и повышение точности определения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения альфацеллюлозы в целлюлозе обработкой образца целлюлозы водным раствором основания при комнатной температуре,обработку проводят 751-ым раствором моноэтаноламина, определяют максималь- 10 ное значение относительного прираще-! ния амплитуды A и значение постоян1 ной релаксации кинетики процесса абсорбции образцом Г и по отношению A/t из градуировочной кривой определяют 1 соцержание альфа-целлюлозы в образце.

Длитег>ьность всего процесса абсорбции целлюлозой жидкости составляет не более 5- 10 мин, а обработка результатов измерений (даже ручная) не щ превышает этого же времени, и максимальное время определения содержания альфа-целлюлозы в целлюлозе составляет величину не более 20-30 мин.уменьшение времени анализа приводит к по- 2s вышению производительности труда как минимум в десять раз.

Определение содержания альфа-целлюлозы в целлюлозе по величине отношения линейного расширения образца к постоянной релаксации процесса, взаимодействия образцов целлюлозы с жидкостью приводит к полному устранению и таких недостатков, как длительное время анализа,. поскольку при времени

35 наблюдения порядка 3-4 времен релаксации кривая кинетики процесса абсорбции выходит на постоянное значение и дальше не изменяется в течение суток и более.

Влияние н<е температуры жидкости, ее концентрации и физического состояния образца йа результаты измерений хотя полностью и не устраняется, но в некотором интервале их изменений могут быть сведены к минимуму или застабилизированы.

Предло>кенный кинетический метод определения содержания альфа-целлюлозы в целлюлозе, основанный на нехимичес30 ком взаимодейс — âèè целлюлозы с водным раствором жидкости, сводит к минимуму погрешность, обусловленную наличием в целлюлозе лигнина, эолы и других примесей нецеллюлозного характера, На фиг. 1 представлена принци-! пиальная схема устройства для реализации предлагаемого способа.

7 4

На фиг. 2 представлены типичные кривые кинетики процесса абсорбции образцами целлюлозы (кривые 1,2 - содержание альфа-целлюлозы 89 и 96 Ф соответственно) 75 3 водного раство-. ра моноэтаноламина. По оси абсцисс отложены время t (за начало отсчета взят момент контакта целлюлозы с раствором1, по оси ординат относительное приращение амплитуды процесса абсорбции, обусловленное увеличением толщины образца. Характер кинетики ,процесса близок к моноэкспоненциаль ному. Из фиг. 2 также видно, что с ростом содержания альфа-целлюлозы амплитуда процесса увеличивается, сам процесс ускоряется, что приводит к уменьшению постоянной релаксации 2 времени, в течение которого амплитуда

А процесса увеличивается в f раз.

На фиг. 3 представлена зависимость содержания альфа-целлюлозы для сульфатной целлюлозы, полученной обработкой щелочью возрастающей концентрации от величины отношения максимального значения относительного приращения амплитуды (толщины) образца А к постоянной релаксации процесса. Зависимость носит монотонный характер в иапазоне изменения содержания альфацеллюлозы от 88 до 96 4. Это тот диапазон, который представляет особый интерес при производстве как целлюлозы для бумажного производства, так и целлюлозы для химической переработки на искусственное волокно. Каждая точка, представленная на фиг. 3, является средним из 20 измерений, что достаточно для достоверных выводов. Видно, что связь между содержанием альфа-целлюлозы в целлюлозе и величиной отношения А/Y носит монотонный характер.

Коэффициент корреляции показывающий тесноту связи уравнения регрессии с экспериментальными данными, близок к единице. Характер кривой свидетельствует о. том, что даже незначительное увеличение содержания альфа-целлюлозы в целлюлозе приводит к существенному увеличению отношения А/т;.

Основными элементами устройства для реализации способа являются кювета 1, образец 2, шток 3, контактирующий с образцом, элемент 4, чувствительный к перемещениям, блок 5 обработки и записи информации.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

9113

При заливке жидкости в кювету 1 с образцом 2 происходит абсорбция жидкости, приводящая к увеличению линейных размеров образца. При этом происходит перемещение штока 3 с расположенным на нем элементом 4, чувствительным к перемещениям. Выходной сигнал последнего, преобразованный в напряжение, подается на блок 5 обработки и записи информации, на диаграммной ленте которого может быть произведена запись временной развертки всего процесса, начиная с момента контакта целлюлозы с жидкостью и до достижения равновесного состояния абсорбции. 15

Предлагаемый способ определения содержания альфа-целлюлозы в целлюлозе по измерению кинетики процесса абсорбции целлюлозой раствора жидкости приводит к повышению точности конт- 20 роля и к повышению производительности контроля за счет сокращения времени анализа в десять и более раз. Это приведет как к экономии материала, так и высвобождению квалифицированных сотрудников лабораторий при .1БК для других целей, а главное, позволит управлять процессом облагораживания.

Обработка результатов эксперимента показала, что максимальная абсолютная погрешность измерений не превышает величины (0,15-0,20 4).

Пример. В сухую кювету (160 г) в центре ее (фиг. 1) помещают сухой образец 2 исследуемой целлюлозы весом 40 мг. Верхнюю сторону образца 2 приводят ь механический кон" такт со штоком 3, чувствительным к перемещениям элемента 4 (это может быть либо подвижный элемент, преобра- „ зующий перемещения в электрическое напряжение, либо неподвижный - преоб" разующий давление в электрическое напряжение). Эту часть операций за канчивают установкой с помощью меха, нического перемещения чувствительно-

pro элемента 4 показывающего прибора блока 5 обработки и записи информа-! ! ции на условный нуль.

Следующей стадией выполнения способа является наполнение кюветы 1 с

50 образцом 2 раствором моноэтаноламина концентрации 75 3 в количестве 0,1 л о при температуре 20 + 0,2 С. При этом, вследствие набухания образца 2 происходит постепенное развивающееся во времени изменение его линейных размеров, в т.ч. и в вертикальном направлении толщины. Чувствительный элемент

27 6

4 преобразует изменяющееся во времени t механическое напряжение в изменяющееся во времени электрическое напряжение О, которое в простейшем случае выводится на входящий в состав блока 5 самопишущий прибор, осуществляющий запись u = f () .

Регистрацию кривой кинетики процесса абсорбции жидкости целлюлозой

:продолжают до момента выхода кривой на постоянное значение. Это время составляет приблизительно 3 и 1 мин соответственно. На этом заканчивается обработка образца целлюлозы жид-. костью и начинается обработка резуль,татов измерений.

В простейшем случае обработка зависимости U(t) производится вручную.

При этом выполняется следующая последовательность операций: определяются максимальное значение относительн го приращения амплитуды (толщины образца) А,„с - постоянная релаксация процесса Г„, вычисляется их отношение

А immix

Время для нахождения этих ве(l,ф личин приблизительно составляет 1 мин, 3 мин, 1 мин соответственно. По градуировочной кривой (фиг. 3) и вычис-, A imax ленному значению отношения ----- оп- т1 ределяют содержание альфа-целлюлозы (на это потребуется еще 1 мин). Время анализа составляет 7-9 мин. Когда обработку результатов измерений осуществляют автоматически при помощи блока 5 обработки и записи информации, время анализа приближается к продолжительности процесса абсорбции целлюлозой жидкости и составляет величину, редко превышающую 5 мин, при этом конечный результат анализа (содержание альфа-целлюлозы) выражается в процентах и может быть представлен как аналоговой, так и цифровой форме.

Для проведения анализа по одной и той же градуировочной кривой должны оставаться неизменными: марка целлюлозы, вес образца, тип абсорбируемой жидкости, концентрация последней, клима тические условия проведения анализа.

В табл. 1 представлены конкретные значения 21 измерений (Г„и А„. „) для процесса абсорбции (набухания) образцами сульфатной целлюлозы с содержанием с -целлюлозы 893 753-ro водного раствора моноэтаноламина. Здесь A„ максимальное значение относительного

7 9113 йриращения амплитуды (толщины образ- ца) после окончания указанного процесса абсорбции. Поскольку исходная толщина образцов Aî во всех измерениях остается постоянной, то относитель-5 ное приращение амплитуды А„./А прямо пропорционально абсолютному приращению А, указанному в табл. 1. 7 „.постоянная релаксации процесса абсорбции, которую определяют по длине под-1О касательной или по времени полуспада экспериментальной кривой абсорбции (фиг. 2). Полученные из табл. 1 сред ние значения г и Апк. равны 66 с и

43,5 мкм соответственно. 15

Для целлюлоз с другим содержанием альфа-целлюлозы (91,53, 92,7Ф и т.д.,) Ги А „ определяют аналогичным обра- зом (измерения проводят в 753-ом водном растворе моноэтаноламина). Сред- 2о ние значения »" и А,,ц, каждое из которых тоже получено в результате более 20 измерений для образцов целлюлозы с различным (89-96 l) содержанием альфа-целлюлозы, представлены 25 в табл. 2.

Здесь же приведены значения отношений A/C, по которым построена зависимость, представленная на фиг. (это градуировочная кривая). Таким 5В образом строится градуировочная кривая.

Что касается кривой, представленной на фиг. 2, то ее построение по . точкам не проводят. указанную кривую записывают на диаграммную ленту самописца как результат одного конкретного измерения во времени процесса набухания данного образца целлюлозы в моноэтаноламине. увеличение толщи- 4в ны образца во времени за счет проник новения жидкости внутрь образца цел27 8 люлозы. Впоследствии производят обработку этой кривой: измеряют А„ » „ (одно конкретное значение, приведенное в табл. 1) и с„ (тоже одно конкретное значение)..

В табл. 1 приведены результаты обработки 21 аналогичной кривой, а уже среднее значение Г, А, А/ этих

21 измерений (опытов) является одной точкой на фиг. 3 (в данном случае для 89 4, альфа-целлюлозы).

Что касается обозначений на кривых (фиг. 2) А,1 „ р и Г, А „„д,и 7>, то они приведены для иллюстрации того, какие параметры и каким образом из одной конкретной кривой могут быть получены.

Если сравнить результаты измерений по предлагаемому способу с данными, полученными на основании известного, то расхождение их невелико и составляет (0,1 -0,203). Однако эту величину было бы неправильным называть абсолютной погрешностью предлагаемого способа, поскольку сравнение идет с известным, которому присущ ряд серьезных источников ошибок.

Благодаря предлагаемому способу определения содержания альфа-целлюлозы значительно упростилась методика анализа, сократилось время на его проведение (даже при обработке результатов измерений вручную оно составляет, как было показано выше, приблизительно 10 мин, это более чем в сорок раз меньше по сравнению с действующим (ГОСТом известного способа и почти на два порядка быстрее анализ производится при автоматической обработке результатов измерений), а также повысилась точность контроля.

:Таблица 1

911327

66 66 66 66 2 66,2 65 9 65 8 66 66 с

A „, мкм 43 5 43,3 43,7 43 5 43 5 43,4 43,6 43 5 43,4

65,8 65,8 бб 66,3 66,3 66 3 66;2 66,2 бб"

C„с

66,2 65 э9 65,9

Г., с

А ., мкм 43,8 43,4 43,6,Таблица 2

89 91,5 92,7 93э1 94,5 96

42,8 35 с

66

52

А, мкм 43,5 57 8 . 61

68,5

63

A/Ò, мкм/с О,бб 1,11 1,38 1,48 1,88 2,54 мто, с целью сокращения продолжительности и повышения точности определения, обработку проводят 753-ым раствором моноэтаноламина, определяют максимальное значение относительного приращения амплитуды А и значение

1 постоянной релаксации кинетики проФормула изобретения

Способ определения содержания альфа-целлюлозы в целлюлозе обработ,кой образца целлюлозы водным раствором основания при комнатной темперауре, отличающийся тем, A мкм 43,5 43,4 43,5 43,7 43,5 43,6 43,6 43 8 43,5

1?!

1с точники инфпрмс3ции, принятые во внимание при экспертизе

1. ГОСТ 68 4А-78, введен с

01.01,78 (прототип).

ll 911327 цесса абсорбции образцом и по отношению Afl из градуировочной кривой определяют содержание альфа-целлюлозы в образце.

9«327

Составитель Т.Мартинская

Редактор В.Лазаренко Техред A,дц

Корректор Н.Стец

Заказ 1112/31 Тираж 883

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, М-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал AllO "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

03 l(0 К5 РР Р,5

Олма и и амлюилуди е ласта-твом ретмсщ цц, оаэи. ед, фиг. 7